“Interoperabilidad Semántica” ¿Realidad o Ficción? · 35 años de investigación, innovando...
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35 años de investigación, innovando con energía
“Interoperabilidad Semántica”¿Realidad o Ficción?
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35 años de investigación, innovando con energía
Contenido
• Interoperabilidad en el contexto de la Red Eléctrica Inteligenteo ¿Por qué se requiere Interoperabilidad?o ¿Qué es la “Interoperabilidad Semántica”?o ¿Qué es el Modelo de Información Común (CIM)?
• Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica• Algunos beneficios reales de la Interoperabilidad Semántica
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Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente
• La Red Eléctrica Inteligente será un gran sistema de sistemas.
• La integración de múltiples sistemas es compleja y muy costosa debido a la gran diversidad de tecnologías y formatos de datos.
• Por su costo de inversión y valor agregado, los sistemas legados de una empresa eléctrica seguirán operando por mucho tiempo y deben coexistir con las nuevas tecnologías.
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Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente
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* James Northcote-Green, Robert Wilson
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Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente
• La gran cantidad de formatos de intercambio de información, la dificultad de integración de los sistemas aislados dentro de cada empresa, la extensa variedad de paquetes de software y de arquitecturas disponibles, así como la necesidad de compartir información entre las diferentes compañías energéticas se han convertido en un problema creciente.
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AA
Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente
6
B C
ED
F
• Cada vez se requiere mayor capacidad de intercambiar e integrar información entre sistemas
• La REI requiere nuevas aplicaciones y sistemas
• Las aplicaciones y sistemas nuevos deben coexistir con los sistemas legados
• Cada vez se generan más datos en formatos distintos y a mayor velocidad
• Las interfaces de datos han proliferado
• Cada una es personalizada
• Se requiere conocer las fuentes de datos y documentar las transformaciones
• Un cambio rompe el flujo y elimina la utilidad de varias interfaces
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Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente
• La Interoperabilidad se refiere a la capacidad de dos o más redes, sistemas, dispositivos, aplicaciones o componentes para intercambiar y usar información de manera segura, efectiva y con poco o ningún inconveniente para el usuario.
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A
B C
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Interoperabilidad Semántica
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Modelo
Valor = 115Multiplicador= 1000
Unidades = VSubestación = XUbicación = Y
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Interoperabilidad Semántica
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Voltaje:ASJ‐PHU‐0023‐TRU
?
Zona
División
Zona
Subestación Subestación
Cto1 Cto2
Subestación
V I P V I P
Cto1 Cto2
V I V I
Mapa de variables (TAGs) del sistema
legado
Esquema de acceso tradicional mediante TAGs
Esquema de “navegación” con
información semántica
Es posible reemplazar el modelo de TAGspara acceso a la información en tiempo real e histórica del SCADA y SIMOCE.Se utiliza:• Modelo Semántico de las mediciones.• Interfaces de datos estándar como
OPC‐UA.• Modelo de Información Común (CIM).
En el esquema tradicional se requiere que personal experto identifique e interprete el significado de cada TAG del sistema legado (o nuevo).
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Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente
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Adaptador CIM basado en los estándares IEC 61968 e IEC 61970
A B C
ED F
BUS SOA‐CIM
Arquitectura basada en SOA y CIM• Modelo Semántico Común
• Se describe el significado y las relaciones de los datos intercambiados
• Interfaces genérica
• Una sola transformación
• Independiente de cualquier sistema o representación interna
• Un cambio afecta una sola interfaz de datos
INTEROPERABILIDAD SEMÁNTICA
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Descripción de CIM
• El Modelo de Información Común (CIM) es un modelo de información para representar objetos del mundo real para la gestión y operación de sistemas eléctricos de transmisión y distribución. o El modelo incluye:
• Paquetes de clases.• Clases de objetos.• Atributos.• Relaciones entre clases/objetos.
o Define las interfaces para integración de sistemas.o El modelo incluye la conectividad del sistema eléctrico, lo cual permite el intercambio de datos.
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Descripción de CIM
• CIM es un modelo genérico, abierto y estándar que puede ser adoptado por cualquier empresa eléctrica.
• CIM está definido en un grupo de estándares de la IEC, entre los más importantes están:
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o IEC 61970‐301 define CIM‐Base para sistemas eléctricos de Transmisión.
o IEC 61968‐11 define extensiones CIM para sistemas eléctricos de Distribución.
o IEC 62325‐301 establece las extensiones para el Mercado Eléctrico o CME (CIM for Market Extensions).
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Descripción de CIM
• Un solo modelo común (+1,500 clases).
• Expresado en UML.• Basado en la herramienta Enterprise Architect.
• Permite definir Perfiles para intercambios específicos (de 1 a 50 clases).
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Descripción de CIM
• Define Instancias para intercambio de datos con un Esquema definido.
• Define reglas para desarrollo de interfaces genéricas.
• Permite la adopción de otros estándares para acceso a datos y seguridad cibernética.
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Descripción de CIM
• Establece mecanismos para crear mensajes de Instancias CIM en archivos “planos” tipo XML.
• Cada mensaje puede ser validado acorde al Esquemadefinido.
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Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica
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Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica
• El GridWise Architecture Council (GWAC) desarrolló un modelo dereferencia conceptual para la identificación de estándares y protocolosnecesarios para asegurar la interoperabilidad, la seguridad informáticay definir arquitecturas para sistemas y subsistemas en la RedInteligente.
o Interoperabilidad técnica:• Abarca las conexiones físicas y las comunicaciones entre los dispositivos o
sistemas (contactos eléctricos, puertos USB). Enfatiza la sintaxis o formato de lainformación.
o Interoperabilidad informativa:• Cubre el contenido, la semántica y el formato de los datos o flujos de
instrucciones (como son el significado aceptado de los humanos y lenguajes deprogramación). Se centra en qué información es intercambiada y su significado.
o Interoperabilidad organizacional:• Cubre las relaciones entre las organizaciones e individuos y sus partes del sistema,
incluyendo las relaciones comerciales (contratos, propiedades, estructuras demercado) y las relaciones jurídicas o legales (reglamentación, requisitos,protección de la propiedad física e intelectual). Enfatiza los aspectos pragmáticos(contexto, reglamentos, leyes), especialmente la gestión y mercado eléctrico.
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Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica
Modelo de Referencia conceptual del GWAC
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Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica
NIST ‐ Interacciones entre los dominios de la Red Eléctrica Inteligente
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Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica
NIST ‐ Interacción con el marco de referencia de interoperabilidad del GWAC
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Capa
s IOP
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Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica
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Smart Grid Architecture Model (SGAM) desarrollado por CEN‐CENELEC‐ETSI como parte de los resultados del
Mandato M/490 de la Comisión Europea. Está basado en los modelos del NIST,
GWAC y TOGAF, entre otros.
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35 años de investigación, innovando con energía
Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica
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Capa de Componentes
Capa de Comunicaciones
Capa de Información
Capa Funcional
Capa de Negocios
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Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica
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Significado
com
partido de
con
tenido
Identificación de
recursos
Descub
rimiento y configuración
Evolución del sistem
a y escalabilidad
Configuración y Evolución
Sincronización
de tie
mpo
y se
cuen
ciam
iento
Transaccione
s y gestió
n de
l estado
Calidad
del se
rvicio
Operación y desempeño
Segurid
ad y priv
acidad
Registro y aud
itoría
Conservación
del sistem
a
Seguridad física y
cibernética
Temas transversales
Modelo de Madurez de Interoperabilidad
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35 años de investigación, innovando con energía
Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica
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Framework de interoperabilidad del GWAC simplificado para el Modelo de Madurez de Interoperabilidad
Organizacional
Informativo
Técnica
MetaÁrea
Metas generales por tema
Metas gen
erales por Categoría
Categorías
Temas
Configuración y
Evolución
Ope
ración
y
desempe
ño
Segurid
ad física y
cibe
rnética
Framework de interoperabilidad
Área de interoperabilidad
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35 años de investigación, innovando con energía
Algunos beneficios reales de la Interoperabilidad Semántica
División Valle de México Centro
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35 años de investigación, innovando con energía
Beneficios del SEDI en DVMC
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Modelo de Procesos (BPM) del Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED
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35 años de investigación, innovando con energía
Beneficios del SEDI en DVMC
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Modelo de Procesos (BPM) para Disminución de Pérdidas por Desbalance de Fases del SED
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35 años de investigación, innovando con energía
Beneficios del SEDI en DVMC
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Arquitectura del Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED
SIAD Clientes VIP
SCADASIMOCE AMI/MDM
BUS SOA‐CIM
Gestor del Modelo Semántico
SICOM
Desbalance Fases
Sistema totalmentebasado en CIM
Adaptador CIM basado en los estándares IEC 61968 e IEC 61970
• Modelo Semántico Común• Múltiples Perfiles CIM parciales
• Mapeo de Conceptos a sistemas legados
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35 años de investigación, innovando con energía
Beneficios del SEDI en DVMC ‐ TIBCO
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Arquitectura del Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED con plataforma de CFE
SIAD Clientes VIP
SCADASIMOCE AMI/MDM
BUS SOA‐CIM (TIBCO)
Gestor del Modelo Semántico
SICOM
Adaptador CIM basado en los estándares IEC 61968 e IEC 61970
Desbalance Fases
Desbalance (c/ 24h)
BDD Demo CIMSistema
totalmentebasado en
CIM
• Modelo Semántico Común
• Múltiples Perfiles CIM parciales
• Mapeo de Conceptos a sistemas legados
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35 años de investigación, innovando con energía
Beneficios del SEDI en DVMC
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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED
• Portada de acceso y bienvenida.
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Beneficios del SEDI en DVMC
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Beneficios del SEDI en DVMC
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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED ‐ Dashboard
Desempeño
• Manual: 3‐10 [días]• Sistema: 10 [s]
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Beneficios del SEDI en DVMC
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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED – Navegación de Clases
• Navegación por la estructura organizacional de la DVMC de forma “significativa”.
• Consulta de la información de las Clases CIM del Perfil CIM de CFE.
Desempeño
• Manual: ‐• Sistema: 5 [s]
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Beneficios del SEDI en DVMC
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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED – Desbalance de Fases
• Cálculo de desbalance por circuito.
• Mes móvil (últimos 30 días previos a la fecha actual).
• 48 horas móvil (últimas 48h registradas).
• Estado actual consultado en tiempo real.
• 4 Graficas en orden por circuito:
• Corriente.• Potencia.• Reactivos.• Voltaje.• Cada una de forma independiente.
Desempeño
• Manual: 2‐5 [días]• Sistema: 40 [s]
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Beneficios del SEDI en DVMC
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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED – Desbalance de Fases
• Funciones:• Selección por Zona o por Subestación.
• Selección del criterio de orden deseado
• Zoom (in ‐ out).• Exportar a un archivo gráfico (JPG).
Desempeño
• Manual: 4‐8 [h]• Sistema: 20 [s]
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Beneficios del SEDI en DVMC
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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED – Análisis de Comportamiento
Desempeño
• Manual: 2‐4 [h]• Sistema: 20 [s]
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35 años de investigación, innovando con energía
Beneficios del SEDI en DVMC
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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED – Clientes Importantes
Desempeño
• Manual: 1‐4 [h]• Sistema: 10 [s]
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35 años de investigación, innovando con energía
Créditos
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35 años de investigación, innovando con energía
Beneficios del SEDI en DVMC
• El mantenimiento de interfaces semánticas con bajo nivel de acoplamiento se reduce en más del 80% con respecto a una interfaz sintáctica con alto nivel de acoplamiento.
• Los cambios en un sistema solo afectan una capa de la interfaz semántica, el resto de sistemas no son afectados.
• Se permite el reemplazo total de un sistema legado o de una tecnología, afectando solamente una capa de la interfaz semántica.
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Contacto
• Alfredo Espinosa [email protected]
• Gerencia de Gestión Integral de Procesoswww.iie.org.mx/automatiza
• Instituto de Investigaciones Eléctricaswww.iie.org.mx